• Τι είναι η αναλυτική χημεία;

Εξηγούμε τι είναι η αναλυτική χημεία και σε τι εστιάζει αυτός ο κλάδος της χημείας. Επίσης, οι αναλυτικές μέθοδοι που χρησιμοποιείτε.

Η αναλυτική χημεία χρησιμοποιεί διαφορετικές αναλυτικές μεθόδους.

Τι είναι η αναλυτική χημεία;

Η αναλυτική χημεία ονομάζεται κλάδος του χημεία που εστιάζει στην κατανόηση του ύλη, δηλαδή, του ανάλυση των υλικών που αποτελούν ένα δείγμα, χρησιμοποιώντας πειραματικές ή εργαστηριακές μεθόδους.

Η αναλυτική χημεία μπορεί να ταξινομηθεί σε ποσοτική και ποιοτική αναλυτική χημεία. Η ποσοτική αναλυτική χημεία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ποσότητας, της συγκέντρωσης ή ποσοστό ενός ή περισσότερων συστατικών σε ένα δείγμα, δηλαδή, ασχολείται με την ποσοτικοποίηση της ύλης.

Η ποιοτική αναλυτική χημεία χρησιμοποιείται για να γνωρίζει ποια είναι τα συστατικά ενός δείγματος, δηλαδή ασχολείται με την αναγνώριση κάθε συστατικού του δείγματος. Από την άλλη πλευρά, η αναλυτική χημεία χρησιμοποιείται επίσης για τον διαχωρισμό των συστατικών ενός δείγματος. Γενικά, η εν λόγω ουσία (αυτή που πρέπει να προσδιοριστεί ή να ποσοτικοποιηθεί) ονομάζεται αναλυόμενη ουσία.

Η γνώση που οδήγησε στην αναλυτική χημεία προέκυψε από τη σύγχρονη ιδέα της χημικής σύνθεσης της ύλης, η οποία εμφανίστηκε τον 18ο αιώνα.

Σημαντικό ορόσημο στην εξέλιξη αυτού πειθαρχία Ήταν η κατανόηση της συσχέτισης μεταξύ των φυσικών ιδιοτήτων της ύλης και της χημικής της σύνθεσης. Σε αυτό, η μελέτη της φασματοσκοπίας, της ηλεκτροχημείας και της πολαρογραφίας ήταν θεμελιώδεις.

Ωστόσο, η εφεύρεση μεθόδων χημικής ανάλυσης που θα επέτρεπαν την πληρέστερη κατανόηση της ύλης θα προχωρούσε παράλληλα με την επιστημονική και τεχνολογική ανάπτυξη, έτσι ώστε τα γενικά χαρακτηριστικά του πεδίου της αναλυτικής χημείας να ορίζονται μόνο στον εικοστό αιώνα.

Η αναλυτική χημεία χρησιμοποιεί τις ακόλουθες αναλυτικές μεθόδους για την κατανόηση της ύλης:

Ποσοτικές μέθοδοι

• Ογκομετρικές μέθοδοι. Γνωστές ως τιτλοδότηση ή τιτλοδότηση, είναι ποσοτικές μέθοδοι στις οποίες ένα αντιδραστήριο του οποίου η συγκέντρωση είναι γνωστή (τιτλοδοτούσα ουσία) χρησιμοποιείται για να προσδιοριστεί εκείνη ενός άλλου αντιδραστηρίου του οποίου η συγκέντρωση είναι άγνωστη (αναλύτης ή ουσία προς ανάλυση στο δείγμα), μέσω ενός χημική αντίδραση Σε τιτλοδοτήσεις, γενικά, χρησιμοποιούνται δείκτες που σηματοδοτούν το τελικό σημείο της αντίδρασης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πτυχίων:
  • Οξινοβασικές τιτλοδοτήσεις. Είναι εκείνα στα οποία α οξύ με βάση που χρησιμοποιεί δείκτη οξέος-βάσης. Γενικά, η βάση τοποθετείται σε μια προχοΐδα (χημικό δοχείο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση όγκων) και μια φιάλη τοποθετείται σε μια φιάλη erlenmeyer. Ενταση ΗΧΟΥ γνωστό οξύ με προσθήκη μερικές σταγόνες φαινολοφθαλεΐνης (δείκτης). Η φαινολοφθαλεΐνη γίνεται ροζ σε ένα βασικό μέσο και είναι άχρωμη σε ένα όξινο μέσο. Στη συνέχεια, η μέθοδος συνίσταται στην προσθήκη της βάσης στο οξύ μέχρι το τελικό διάλυμα να γίνει ροζ, πράγμα που σημαίνει ότι η αντίδραση μεταξύ του οξέος και της βάσης έχει φτάσει στο τελικό της σημείο. Μια στιγμή πριν φτάσει στο τελικό σημείο, η αντίδραση φτάνει στο σημείο ισοδυναμίας της, όπου η ποσότητα της ουσίας στον τιτλοδοτητή είναι ίση με την ποσότητα της ουσίας στην αναλυόμενη ουσία. Εάν η στοιχειομετρία στην αντίδραση είναι 1: 1, δηλαδή, η ίδια ποσότητα αναλυόμενης ουσίας αντιδρά με τον τιτλοδοτητή, η ακόλουθη εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ποσότητας της αναλυόμενης ουσίας:
    

Που:

• • [Χ] είναι η γνωστή συγκέντρωση της ουσίας Χ, εκφρασμένες mol/L ή ισοδύναμες μονάδες.
  • V (X) είναι ο όγκος της ουσίας Χ διανέμεται από την προχοΐδα, εκφρασμένη σε L ή ισοδύναμες μονάδες.
  • [Υ] είναι η άγνωστη συγκέντρωση της αναλυόμενης ουσίας Υ, εκφρασμένο σε mol/L ή ισοδύναμες μονάδες.
  • V (Y) είναι ο όγκος της ουσίας Υ περιέχεται στη φιάλη Erlenmeyer, εκφρασμένη σε L ή ισοδύναμες μονάδες.

Είναι σημαντικό να διευκρινιστεί ότι, αν και αυτή η εξίσωση χρησιμοποιείται ευρέως, συχνά ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του πτυχίου που χρησιμοποιείται.

• • Οξειδοαναγωγικές τιτλοδοτήσεις. Η βάση είναι η ίδια όπως στις τιτλοδοτήσεις οξέος-βάσης, αλλά στην περίπτωση αυτή υπάρχει μια αντίδραση οξειδοαναγωγής μεταξύ της αναλυόμενης ουσίας και ενός διάλυση οξειδωτική ή αναγωγική, ανάλογα με την περίπτωση. Ο δείκτης που χρησιμοποιείται μπορεί να είναι ένα ποτενσιόμετρο (εξοπλισμός για τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού) ή ένας δείκτης οξειδοαναγωγής (ενώσεις που έχουν καθορισμένο χρώμα σε κάθε κατάσταση οξείδωσης).
  • Προσόντα σύνθετου σχηματισμού. Αποτελούνται από την αντίδραση σχηματισμού συμπλόκου μεταξύ της αναλυόμενης ουσίας και του τιτλοδοτητή.
  • Τιτλοδοτήσεις κατακρήμνισης. Αποτελούνται από το σχηματισμό ενός ιζήματος. Είναι πολύ συγκεκριμένοι και οι δείκτες που χρησιμοποιούνται είναι πολύ συγκεκριμένοι για κάθε αντίδραση.
• Βαρυμετρικές μέθοδοι. Ποσοτική μέθοδος που συνίσταται στη μέτρηση του βάρους ενός υλικού ή μιας ουσίας πριν και μετά την πραγματοποίηση οποιωνδήποτε αλλαγών. Το όργανο για την εκτέλεση του μέτρηση είναι γενικά μια αναλυτική ισορροπία. Υπάρχουν διάφορες βαρυμετρικές μέθοδοι:
  • Κατακρήμνιση. Αποτελείται από το σχηματισμό ενός ιζήματος, έτσι ώστε όταν ζυγίζεται, η ποσότητα του στο αρχικό δείγμα να μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας στοιχειομετρικές σχέσεις. Το ίζημα μπορεί να συλλεχθεί από το διάλυμα στο οποίο βρίσκεται με διήθηση. Για να εφαρμοστεί αυτή η μέθοδος, η αναλυόμενη ουσία πρέπει να είναι ελάχιστα διαλυτή και χημικά καλά καθορισμένη.
  • Εξαέρωση. Συνίσταται στην εξάτμιση της αναλυόμενης ουσίας για τον διαχωρισμό της από το δείγμα. Στη συνέχεια η αναλυόμενη ουσία ανακτάται με την απορρόφησή της σε κάποιο υλικό, αυτό το υλικό ζυγίζεται και το κέρδος βάρος Θα οφείλεται στην ενσωμάτωση της αναλυόμενης ουσίας, της οποίας το βάρος θα υπολογιστεί από τη διαφορά βαρών του απορροφητικού υλικού πριν και μετά την απορρόφηση της αναλυόμενης ουσίας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί μόνο όταν η αναλυόμενη ουσία είναι η μόνη πτητική ουσία στο δείγμα.
  • Ηλεκτροαπόθεση. Αποτελείται από α αντίδραση οξειδοαναγωγής όπου η αναλυόμενη ουσία εναποτίθεται σε ένα ηλεκτρόδιο ως μέρος μιας ένωσης. Το ηλεκτρόδιο στη συνέχεια ζυγίζεται πριν και μετά την αντίδραση οξειδοαναγωγής, με αυτόν τον τρόπο μπορεί να υπολογιστεί η ποσότητα της αναλυόμενης ουσίας που εναποτίθεται.

Πιο προηγμένες ενόργανες μέθοδοι:

• Φασματομετρικές μέθοδοι. Οι συσκευές χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της συμπεριφοράς της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φως) σε επαφή με την υπό ανάλυση ουσία ή ένωση.
• Ηλεκτροαναλυτικές μέθοδοι. Παρόμοιο με το φασματομετρικό, αλλά το ηλεκτρική ενέργεια αντί για φως για τη μέτρηση του ηλεκτρικού δυναμικού ή ηλεκτρικό ρεύμα που μεταδίδεται από την προς ανάλυση ουσία.
• Χρωματογραφικές μέθοδοι. ο χρωματογραφία είναι μια μέθοδος διαχωρισμού, χαρακτηρισμού και ποσοτικοποίησης πολύπλοκων μιγμάτων. Χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό ενός ή περισσότερων συστατικών του α μίγμα και ταυτόχρονα να τα αναγνωρίσει και να υπολογίσει τη συγκέντρωση ή την ποσότητα τους στο δείγμα, δηλαδή να τα ποσοτικοποιήσει. Η χρωματογραφική μέθοδος αποτελείται βασικά από μια στατική φάση και μια κινητή φάση που αποτελούν μέρος ενός εξοπλισμού ή μιας δομής που χρησιμοποιείται για την ανάλυση του δείγματος. Η στατική φάση είναι ακίνητη και αποτελείται από μια ουσία που προσκολλάται σε κάποιο σύστημα γενικά σχεδιασμένο με τη μορφή στήλης και η κινητή φάση είναι μια ουσία (υγρή ή αέρια) που ρέει μέσω της στατικής φάσης. Ο διαχωρισμός των συστατικών (αναλυτών) γίνεται ανάλογα με τη συγγένεια καθενός από αυτά για τη στατική φάση ή για την κινητή φάση, η οποία θα εξαρτηθεί από διάφορες χημικές και φυσικές ιδιότητες (της καθεμίας ή και των δύο φάσεων). Υπάρχουν διάφοροι τύποι χρωματογραφίας ανάλογα με τις ουσίες που χρησιμοποιούνται ως κινητή και στατική φάση, τις συνθήκες που επιβάλλονται στη μέθοδο και τα σχέδια του χρωματογραφικού εξοπλισμού. Για παράδειγμα, στην παρακάτω εικόνα μπορείτε να δείτε τον διαχωρισμό των διαφορετικών συστατικών ενός μείγματος που εγχύθηκε σε μια χρωματογραφική στήλη. Μπορείτε να δείτε το διαφορετικό χρωματιστά κάθε συστατικού καθώς κατέρχονται μέσω της στατικής φάσης που γεμίζει τη στήλη: